كان أينشتاين محقًا مرة أخرى: بعد نصف قرن ، أثبت الفيزيائيون استقرار الثقوب السوداء

في عام 1963، وجد عالم الرياضيات روي كير حلاً لمعادلات أينشتاين التي وصفت الزمكان بدقة

حول الثقوب السوداء الدوارة.ومع ذلك، في ذلك الوقت لم يكن مصطلح "الثقب الأسود" موجودًا بعد، بل تم اختراعه بعد عدة سنوات. لعقود من الزمن، حاول العلماء إثبات أن الثقوب السوداء التي تدور ببطء وذات زخم زاوي منخفض تكون مستقرة. وأخيراً نجح الفيزيائيون.

تذكر أن الزخم الزاوي ماديكمية تميز مقدار الحركة الدورانية وتعتمد على مقدار دوران الكتلة ، وكيفية توزيعها في الفضاء ، والسرعة الزاوية التي يحدث بها الدوران نفسه.

ما هي الثقوب السوداء؟

هناك أربعة أنواع معروفة من الثقوب السوداء التي تساعدتقديم حلول لمعادلات أينشتاين التي تصف قوة الجاذبية في النظرية النسبية العامة. اثنان منهم يدوران: هذان هما الثقوب السوداء كير وكير-نيومان.

الصورة: ESO / M. كورنميسر ، CC BY 4.0 ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

سميت الثقوب السوداء كير على اسم المشهورعالم الرياضيات روي كير. هو الذي وجد حلولًا للمعادلات التي تصف سلوك الثقب الأسود الدوار. في وقت لاحق ، تم استكمالهم من قبل عزرا نيومان. لقد وصف بدقة هندسة الزمكان ، حيث يوجد جسم ضخم ، والذي يتميز بالحركة الدورانية. هذا هو العامل الأخير الذي يميز ثقوب Kerr-Newman السوداء عن ثقوب Schwarzschild ، والتي عادة ما تكون ثابتة. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي الثقوب السوداء Kerr-Newman على غلاف إيرجوسفير. تذكر أن هذه منطقة من الزمكان بالقرب من ثقب أسود دوار ، وتقع بين أفق الحدث والحد الثابت. تدور الكائنات داخل ergosphere حتمًا مع الثقب الأسود بسبب تأثير Lense-Thirring.

ما المشكلة؟

إذا كان الثقب الأسود مستقرًا ، فسيكون كذلك في النهايةسيعود إلى وصف كير الرياضي حتى بعد تعرضه بشدة لموجات الجاذبية. إذا كانت عمالقة الفضاء هذه غير مستقرة ، فسيتعين تغيير نظرية أينشتاين في الجاذبية على مستوى أساسي ، وسيتعين على المجتمع العلمي مراجعة جميع المعلومات حول عمالقة الفضاء. كل شيء يشير إلى أن استقرار كير كان مبررًا ، لكن لا يمكن إثباته.

ماذا اكتشف العلماء؟

لحل المشكلة ، نظر العلماء في السؤالحول ما إذا كانت موجات الجاذبية التي تسقط في الثقب الأسود يمكن أن تغيره أو تدمره تمامًا. على سبيل المثال ، تخيل كأس نبيذ ، يكتب مجلة كوانتا. سيبدأ في الاهتزاز وحتى الانهيار إذا تم توجيه موجات صوتية كافية إليه ، مطابقة تمامًا للتردد الرنيني للسعة. نتيجة لذلك ، تساءل الفيزيائيون عما إذا كانت ظاهرة مماثلة من نوع الرنين يمكن أن تحدث عندما تصطدم موجات الجاذبية بالثقب الأسود.

الصورة: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا

وقد قدم العلماء ذلك في الدراسةسيحدث إذا عبرت موجة الجاذبية أفق الحدث لثقب كير الأسود وانتهى بها الأمر "داخله". وأظهرت الحسابات أن هذا يمكن أن يغير كتلته ودورانه، لكنه سيظل هو الجسم الموصوف في معادلات كير.

وهكذا أظهر الباحثون ذلك ببطءالثقوب السوداء الدوارة لا "تنهار" نتيجة تعرضها لموجات الجاذبية بشكل بسيط. ويأمل المنظرون أن يقوموا في السنوات القليلة المقبلة بتعميم نتائجهم على حالة الزخم الزاوي التعسفي.

ما هو الحد الأدنى؟

حتى الآن ، تم إثبات الاستقرار فقط من أجلتدور الثقوب السوداء ببطء ، حيث كانت نسبة الزخم الزاوي للثقب الأسود إلى كتلته أقل بكثير من 1. أما بالنسبة للأجسام التي تدور بسرعة ، فلم يكن العلماء متأكدين تمامًا. بالإضافة إلى ذلك ، لم يعرف الفيزيائيون مدى صغر نسبة الزخم الزاوي إلى الكتلة من أجل توفير نفس الاستقرار.

مع الأخذ في الاعتبار أن هناك خطوة واحدة فقط في طريقهم الطويليعتمد الدليل على افتراض وجود زخم زاوي صغير ، لاحظ سيرجيو كلاينرمان من جامعة برينستون ، المؤلف المشارك للدراسة ، أنه "لن يكون مفاجئًا على الإطلاق ، بحلول نهاية العقد ، التوصل إلى حل كامل لفرضية كير يبدو الاستقرار ".

قراءة المزيد:

اكتشف العلماء ثقبًا أسود أكبر بـ 50 مرة من المجرات

أظهر الفيزيائيون أن الماء يتحول إلى سائلين عند درجات حرارة منخفضة

ابتكرت روسيا سبيكة يمكنها تحمل طاقة مفاعل نووي حراري

صورة الغلاف: ESO / L. كالسادا ، CC BY 4.0 ، ويكيميديا ​​كومنز